Standex Electronics: Герконовые датчики в сравнении с датчиками Холла.

С момента своего появления всего за несколько лет датчики Холла захватил умы инженеров-конструкторов. В целом считается, что полупроводниковая электроника более надежна в  сравнении с электромеханическими устройствами.

Тем не менее, при сравнении герконового датчика с датчиком на эффекте Холла у первого есть несколько прекрасных преимуществ.

Ключевой узел  — герметичный контакт или геркон (появился в лаборатории Western Electric еще в 1940-х годах).

Другой компонент — магнит или электромагнит, используемый для переключения контакта. За последние шестьдесят лет геркон претерпел несколько улучшений: надежность выросла, а размеры и стоимость стали меньше. Герконы стали предпочтительным выбором для тех применений, где качество, надежность и безопасность имеют первостепенное значение.

Пожалуй, наиболее ярким свидетельством качества и надежности является использование герконов в автоматическом испытательном оборудовании (ATE). Здесь применяется исключительно эта технология для переключения различных тестовых конфигураций для интегральных схем, ASIC, полупроводниковых пластин и печатных плат. В одной системе может использоваться до 20 000 герконов. Частота отказов для одного реле должна быть не более 50 ppm. Следовательно, чтобы соответствовать этому требованию, герконовые реле должны иметь уровень отказов намного ниже. Автоматическое испытательное оборудование работает 24 часа в сутки 7 дней в неделю и в течение срока службы герконовое реле может совершить миллиарды переключений.

Другой пример использования в ответственных местах — датчики подушек безопасности в автомобилях, куда они устанавливаются уже много лет. Еще герконовые датчики в настоящее время используются во многих важных автомобильных устройствах безопасности: датчик уровня тормозной жидкости, масла и т. д.

В медицинских приборах, таких как дефибрилляторы, устройства для прижигания, кардиостимуляторы, прочая медицинская техника, герконы изолируют небольшие токи утечки.

При сравнении датчиков Холла с герконами, у последних есть несколько преимуществ.

  • Стоимость: как правило, стоимость датчиков Холла меньше, но для их работы требуется питание. Кроме того, часто выходной сигнал настолько низкий, что дополнительно требуется схема усиления. В результате финальная конструкция на базе эффекта Холла может быть значительно сложнее и дороже, чем геркон.
  • Геркон имеет превосходную изоляцию между контактами до 1015 Ом. Это снижает токи утечки до уровня фемптоампер (10-15А). С другой стороны, устройства на эффекте Холла имеют уровни утечки порядка нано- и микроампер. В медицинской электронике, которая соприкасается с человеческим телом (различные датчики, кардиостимуляторы) очень важно не допускать утечки тока вблизи сердца. Токи порядка микроампер могут влиять на основную электрическую активность сердца.
  • Герконы, исходя из их названия герметичны и поэтому могут использоваться практически в любых условиях.
  • Сопротивление замкнутых контактов геркона менее 50 мОм. Сопротивление датчиков на эффекте Холла может достигать сотен Ом.
  • Герконы могут непосредственно переключать нагрузку с напряжением от нановольт до киловольт и током от 10-15 до единиц А. Частотный диапазон при этом достигает до 6ГГц. У датчиков Холла гораздо более узкие диапазоны управления нагрузкой.
  • Герконы более чувствительны к изменению магнитного поля.
  • Герконовые датчики не восприимчивы к электростатическому разряду, который часто может серьезно повредить устройства с эффектом Холла.
  • Герконовые датчики способны выдерживать большие напряжения (самые миниатюрные рассчитаны на напряжение до 1000 вольт). Устройствам на эффекте Холла требуется дополнительная схема защиты от перенапряжения для номиналов свыше 100 вольт.
  • Герконовые датчики обычно испытывается на предмет падения с высоты 1 метр, что сопоставимо с прочностью датчиков на эффекте Холла.
  • Поскольку геркон не имеет изнашиваемых частей, то при малых нагрузках (<5 В при 10 мА и ниже) они будут работать в течение миллиардов срабатываний. Это соперничает с показателями средней наработки на отказ у полупроводников.
  • Герконовые датчики невосприимчивы к температуре окружающей среды и способны работать в диапазоне -50…+150°С без дополнительных ухищрений или спец исполнений.

 

Сравнение датчиков на эффекте Холла с герконовыми датчиками.

Параметр Датчики на эффекте Холла Герконовые датчики
Чувствительность Внешнее магнитное поле >15Гаусс Внешнее магнитное поле >5Гаусс
Дистанция срабатывания До 20 мм До 40мм
Требования по питанию Должно быть все время нет
Дополнительные элементы для финальной схемы Регулятор напряжения, усилитель выходного сигнала, триггер Шмитта, защита от короткого замыкания, фильтр нет
Гистерезис Фиксированный, обычно около 75% Возможность подстройки в процессе производства
Управление нагрузкой Нет, нужен силовой ключ Да, ток до 2А, напряжение до 1000В, мощность до 1000Вт в зависимости от модели.
Частотный диапазон Зависит от внешнего ключа 0…6ГГц
Сопротивление замкнутого канала >200 Ом 50 мОм
Ожидаемый срок службы (5В/10мА) >109 переключений >109 переключений
Емкость выхода 100 пФ, тип. 0,2 пФ, тип.
Сопротивление изоляции вход/выход 1012 Ом мин 1012 Ом мин
Изоляция выхода 106 Ом мин 1012 Ом мин
Диэлектрическая прочность выхода <10 В мин 205 В тип. (2500 В по запросу)
Восприимчивость к электростатическому разряду Есть, требуется доп защита Нет, не требуется защита
Герметичность нет Есть
Удары >150g 150g (новые модели до 5000g)
Вибрации >50g 10g
Температурный диапазон -40…+125С (в зависимости от температуры параметры меняются) -55…+150С (с постоянными параметрами на всем диапазоне)
     

 

 

Standex Electronics — мировой лидер в области проектирования, разработки и производства стандартных датчиков на основе герконов и нестандартных электромагнитных компонентов, включая магнитные изделия.

Основными продуктами компании являются: заказные магнитные изделия, датчики жидкости, планарные магниты, силовые магниты, герконовые переключатели, реле и оптопары,  герконовые датчики и магниты.